信號(hào)處理

　　所有變量存儲(chǔ)完畢后，進(jìn)入處理流程。圖3給出了算法流程。

　　首先，利用線性小信號(hào)模型（與電子設(shè)備IV曲線中所用的類似）求出指數(shù)比爾–朗伯定律近似值，進(jìn)而計(jì)算組織厚度，如公式（1）所示。滲到皮膚中的光線成指數(shù)級(jí)衰減，而耳垂皮膚厚度也有微小變化，一般在2mm至4mm左右。我們用線性公式來體現(xiàn)這一模型，其中‘y’是光滲透深度，‘x’是光學(xué)功率，‘A’、 ‘b’、‘C’、‘D’和‘E’為吸收常數(shù)。

　　圖3.非侵入式血氧儀算法流程

　　然后，利用紅光計(jì)算血氧飽和度，以確定血液量。皮膚厚度和血液量這兩個(gè)變量共同確定耳垂中的血液是否達(dá)到所需值。非侵入式測(cè)量?jī)x對(duì)嬰兒來說并不可靠，因?yàn)槎蛊つw厚度太薄（《2mm）。同樣，任何可抑制血液向耳垂流動(dòng)的身體狀況都會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)錯(cuò)誤。血液中的氧含量通過脈搏血氧定量法計(jì)算，如公式（2）所示，而血液測(cè)量則簡(jiǎn)單地通過吸收引起的谷底瞬間電壓縮減（trough voltage spike reduction）來實(shí)現(xiàn)。使用截止頻率為5Hz的高通濾波器將兩個(gè)變量的交流成分從原始信號(hào)中過濾掉，直流分量則通過低通濾波器來計(jì)算。公式（2）中的未擴(kuò)展O2水平從0擴(kuò)展至100，用以確定氧飽和度百分比。

　　最后，計(jì)算葡萄糖水平。近紅外區(qū)域有3種不同波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)包含20個(gè)樣本，因此得到一個(gè)3x20矩陣。根據(jù)公式（1），針對(duì)不同波長(zhǎng)應(yīng)用單個(gè)寄存器一階濾波器能減少噪聲，并可將三種波長(zhǎng)調(diào)整為相同水平，以便實(shí)行相同處理。用C代碼構(gòu)建PSoC有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器。對(duì)經(jīng)過濾波的樣本進(jìn)行插值計(jì)算，以利用線性回歸法形成線性最優(yōu)擬合線。該線的中心值代表有偏差的葡萄糖值。隨后映射到55至355mg/dL的范圍內(nèi)。隨后對(duì)結(jié)果實(shí)行針對(duì)組織厚度和氧含量的線性補(bǔ)償。組織厚度增大1mm需要將葡萄糖水平增大10倍。此信號(hào)處理需要幾毫秒的計(jì)算時(shí)間，以確保高精確度。

　　血糖水平：

　　低血糖=0-70mg/dL

　　正常血糖=70-135mg/dL

　　高血糖=135-450mg/dL

　　血液氧含量：

　　低氧飽和度=0-90%

　　正常氧飽和度=90-99%

　　一氧化碳中毒=100%

　　在該配置中使用近紅外光譜的最低檢測(cè)極限為55mg/dL。低于該值則無法精確測(cè)量葡萄糖值。通過增大LED的功率輸出可加以改善。最高限值設(shè)為355，但高于該值也很容易測(cè)量。